[经验] 小熊派华为物联网操作系统LiteOS内核教程05-互斥锁

2020-1-19 11:02:09  6951 STM32 iot Liteos 小熊派BearPi 操作系统
分享
2
1. LiteOS的互斥锁1.1. 互斥锁在多任务环境下,往往存在多个任务竞争同一共享资源的应用场景,互斥锁可被用于对共享资源的保护从而实现独占式访问。互斥锁(mutex)又称互斥型信号量,是一种特殊的二值信号量,用于实现对共享资源的独占式处理。另外,Huawei LiteOS提供的互斥锁通过优先级继承算法,解决了优先级翻转问题。
1.2. 互斥锁的使用方式多任务环境下会存在多个任务访问同一公共资源的场景,而有些公共资源是非共享的,需要任务进行独占式处理
互斥锁怎样来避免这种冲突呢?
在任意时刻,互斥锁的状态只有两种:开锁和闭锁。
当有任务持有时,互斥锁处于闭锁状态,这个任务获得该互斥锁的所有权。当该任务释放它时,该互斥锁被开锁,任务失去该互斥锁的所有权。当一个任务持有互斥锁时,其他任务将不能再对该互斥锁进行开锁或持有。
那么,当一个互斥锁为加锁状态时,此时其他任务如果想访问这个公共资源则会被阻塞,直到互斥锁被持有该锁的任务释放后,其他任务才能重新访问该公共资源,此时互斥锁再次上锁,如此确保同一时刻只有一个任务正在访问这个公共资源,保证了公共资源操作的完整性。
1.3. 互斥锁的使用场景互斥锁可以提供任务之间的互斥机制,用来防止两个任务在同一时刻访问相同的共享资源。
除此之外,互斥锁还可以被用于防止多任务同步时造成优先级翻转的问题。
2. 互斥锁APIHuawei LiteOS 系统中的互斥锁模块为用户提供创建/删除互斥锁、获取/释放互斥锁的功能。
Huawei LiteOS 系统中提供的互斥锁 API 都是以 LOS 开头,但是这些 API 使用起来比较复杂,所以本文中我们使用 Huawei IoT Link SDK 提供的统一API进行实验,这些接口底层已经使用 LiteOS 提供的API实现,对用户而言更为简洁,API列表如下:
osal的api接口声明在<osal.h>中,使用相关的接口需要包含该头文件,关于函数的详细参数请参考该头文件的声明。
相关的接口定义在osal.c中,基于LiteOS的接口实现在 liteos_imp.c文件中:
接口名
功能描述

osal_mutex_create
创建互斥锁

osal_mutex_del
删除互斥锁

osal_mutex_lock
获取互斥锁(上锁)

osal_mutex_unlock
释放互斥锁(解锁)

2.1. osal_mutex_createosal_mutex_create接口用于创建一个互斥锁,其接口原型如下:
bool_t  osal_mutex_create(osal_mutex_t *mutex){    bool_t ret = false;    ((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_create))    {        ret = s_os_cb->ops->mutex_create(mutex);    }    return ret;}该接口的参数说明如下表:
参数
描述

mutex
互斥锁索引ID的地址

返回值
false - 创建失败

返回值
true - 创建成功

2.2. osal_mutex_delosal_mutex_del接口用于删除一个互斥锁,其接口原型如下:
bool_t  osal_mutex_del(osal_mutex_t mutex){    bool_t ret = false;    if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_del))    {        ret = s_os_cb->ops->mutex_del(mutex);    }    return ret;}该接口的参数说明如下表:
参数
描述

mutex
互斥锁索引ID

返回值
false - 删除失败

返回值
true - 删除成功

2.3. osal_mutex_lockosal_mutex_lock接口用于获取一个互斥锁,其接口原型如下:
bool_t  osal_mutex_lock(osal_mutex_t mutex){    bool_t ret = false;    if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_lock))    {        ret = s_os_cb->ops->mutex_lock(mutex);    }    return ret;}
参数
描述

mutex
互斥锁索引ID

返回值
false - 申请失败

返回值
true - 申请成功

2.4. osal_mutex_unlockosal_mutex_unlock接口用于释放一个互斥锁,如果有任务阻塞等待该互斥锁,则唤醒最早被阻塞的任务,该任务进入就绪态,并进行调度。
其接口原型如下:
bool_t  osal_mutex_unlock(osal_mutex_t mutex){    bool_t ret = false;    if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_unlock))    {        ret = s_os_cb->ops->mutex_unlock(mutex);    }    return ret;}该接口的参数说明如下表:
参数
描述

mutex
互斥锁索引ID

返回值
false - 释放失败

返回值
true - 释放成功

3. 动手实验 —— 使用互斥锁进行资源保护实验内容本实验中将创建两个任务,一个低优先级任务task1,一个高优先级任务task2,两个任务之间依次对共享资源上锁、操作、解锁,在串口终端中观察两个任务的运行情况。
实验代码首先打开上一篇使用的 HelloWorld 工程,基于此工程进行实验。
在Demo文件夹右击,新建文件夹osal_kernel_demo用于存放内核的实验文件(如果已有请忽略这一步)。
接下来在此文件夹中新建一个实验文件 osal_mutex_demo.c,开始编写代码:

/* 使用osal接口需要包含该头文件 */#include <osal.h>/* 任务优先级宏定义(shell任务的优先级为10) */#define USER_TASK1_PRI  12  //低优先级#define USER_TASK2_PRI  11  //高优先级/* 共享资源 */uint32_t public_value = 0;/* 互斥锁索引ID */osal_mutex_t public_value_mutex;/* 任务task1入口函数 */static int user_task1_entry(){    while(1)    {        /* 尝试获取互斥锁 */        if(true == osal_mutex_lock(public_value_mutex))        {            /* 获取到互斥锁,对共享资源进行操作 */            printf("\r\ntask1: lock a mutex.\r\n");            public_value += 10;            printf("task1: public_value = %ld.\r\n", public_value);            /* 对共享资源操作完毕,释放互斥锁 */            printf("task1: unlock a mutex.\r\n\r\n");            osal_mutex_unlock(public_value_mutex);            /* 满足条件则结束任务 */            if(public_value > 100)                break;                    }    }    /* while(1)会执行结束,所以需要返回值 */    return 0;}/* 任务task2入口函数 */static int user_task2_entry(){    while (1)    {        /* 尝试获取互斥锁 */       if(true == osal_mutex_lock(public_value_mutex))        {            /* 获取到互斥锁,对共享资源进行操作 */            printf("\r\ntask2: lock a mutex.\r\n");            public_value += 5;             printf("task2: public_value = %ld.\r\n", public_value);            /* 对共享资源操作完毕,释放互斥锁 */            printf("task2: unlock a mutex.\r\n\r\n");            osal_mutex_unlock(public_value_mutex);                        /* 满足条件则结束任务 */            if(public_value > 90)                break;            /* 优先级较高,需要挂起一下,让task1获取到互斥锁,否则task2再次上锁,形成死锁 */            osal_task_sleep(10);        }    }    /* while(1)会执行结束,所以需要返回值 */    return 0;}/* 标准demo启动函数,函数名不要修改,否则会影响下一步实验 */int standard_app_demo_main(){    /* 创建互斥锁public_value_mutex */    osal_mutex_create(&public_value_mutex);    /* 创建任务task1 */    osal_task_create("user_task1",user_task1_entry,NULL,0x400,NULL,USER_TASK1_PRI);    /* 创建任务task2 */    osal_task_create("user_task2",user_task2_entry,NULL,0x400,NULL,USER_TASK2_PRI);    return 0;}编写完成之后,要将我们编写的 osal_mutex_demo.c文件添加到makefile中,加入整个工程的编译:
这里有个较为简单的方法,直接修改Demo文件夹下的user_demo.mk配置文件,添加如下代码:
#example for osal_mutex_demoifeq ($(CONFIG_USER_DEMO), "osal_mutex_demo")        user_demo_src  = ${wildcard $(TOP_DIR)/targets/STM32L431_BearPi/Demos/osal_kernel_demo/osal_mutex_demo.c}endif添加位置如图:

这段代码的意思是:
如果 CONFIG_USER_DEMO 宏定义的值是osal_mutex_demo,则将osal_mutex_demo.c文件加入到makefile中进行编译。
那么,如何配置 CONFIG_USER_DEMO 宏定义呢?在工程根目录下的.sdkconfig文件中的末尾即可配置:

因为我们修改了mk配置文件,所以点击重新编译按钮进行编译,编译完成后点击下载按钮烧录程序。
实验现象程序烧录之后,即可看到程序已经开始运行,在串口终端中可看到实验的输出内容:
linkmain:V1.2.1 AT 11:30:59 ON Nov 28 2019WELCOME TO IOT_LINK SHELLLiteOS:/>task2: lock a mutex.task2: public_value = 5.task2: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 15.task1: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 25.task1: unlock a mutex.task2: lock a mutex.task2: public_value = 30.task2: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 40.task1: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 50.task1: unlock a mutex.task2: lock a mutex.task2: public_value = 55.task2: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 65.task1: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 75.task1: unlock a mutex.task2: lock a mutex.task2: public_value = 80.task2: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 90.task1: unlock a mutex.task1: lock a mutex.task1: public_value = 100.task1: unlock a mutex.task2: lock a mutex.task2: public_value = 105.task2: unlock a mutex.可以看到,系统启动后,首先打印版本号,串口shell的优先级为10,最先打印shell信息,接下来task1先创建,但是优先级较低,所以后创建的task2抢占执行,task2获取到互斥锁,对共享资源进行操作,操作完毕解锁,然后主动挂起,task1获取到互斥锁,对共享资源进行另一个操作,操作完毕解锁,在task1操作的时候,task2早已挂起完毕,但是获取不到互斥锁,所以挂起等待,在task1解锁后,堵塞的task2被唤醒开始执行。
小熊派开源社区,专注于IoT、AI、5G等前沿技术分享,关注“小熊派开源社区”微信公众号,获取更多资料教程。

评论

高级模式
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

发经验
关闭

站长推荐 上一条 /5 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表